轻型门式钢架课程设计计算书

某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，长度48m，柱距6m，檐口标高11m，屋面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，钢材采用Q345钢，f310N/mm，fv180N/mm，基础混凝土标号C30，fc14.3N/mm，焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面檩条布置图，柱间支撑布置草图，钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。

222刚架平面布置图 屋面檩条布置图 柱间支撑布置草图

计算模型及风荷载体形系数

二、荷载计算

2.1 计算模型的选取

取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。

2.2 荷载取值计算：

（1） 屋盖永久荷载标准值

彩色钢板 0.40 kNm2

2222保温层 0.60 kNm 檩条 0.08 kNm 钢架梁自重 0.15 kNm 合计 1.23 kNm （2） 屋面活载和雪载 0.30 KN/m。 （3） 轻质墙面及柱自重标准值 0.50 KN/m （4） 风荷载标准值

基本风压：01.050.500.525kN/m。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，z=1.0。风荷载体型系数s：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。

222.3 各部分作用的荷载标准值计算

（1） 屋面荷载：

17.42kN/m cos柱身恒载： 0.5063.00kN/m

标 准 值： 1.236（2） 屋面活载

屋面活载雪载0.306（3） 风荷载

11.81kN/m cos以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式kzs0计算，z查表h10m，取1.0，

s取值如图1.2所示。（地面粗糙度B类）

迎风面 侧面k0.251.01.050.500.131kN/m，q10.13160.79kN/m 屋顶k1.001.01.050.500.525kN/m，q20.52563.15kN/m 背风面 侧面k0.551.01.050.500.289kN/m，q30.28961.73kN/m 屋顶k0.651.01.050.500.341kN/m，q40.34162.05kN/m

2222三、内力计算

根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下： 注：剪力图：“+”表示方向“→”；

轴力图：拉为正，压为负。

3.1 恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值：

恒载作用下轴力图 恒载作用下剪力图 恒载作用下弯矩图

3.2 活载作用(标准值)下，计算简图及内力值：

活荷载作用下轴力图 活荷载作用下剪力图 活荷载作用下弯矩图

3.3 风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值：

风荷载作用下轴力图 风荷载作用下剪力图 风荷载作用下弯矩图

由对称性可知，右风作用下，钢架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。

四、内力组合

截面 柱端A 柱端B 梁端B 梁端C 内力 M N Q M N Q M N Q M N Q 恒载 0 -122.04 -24.27 -266.98 -89.04 -24.27 -266.98 -33.01 86.18 232.80 -33.01 -3.30 活载 0 -21.72 -5.92 -65.12 -21.72 -5.92 -65.12 -8.05 21.02 56.79 -8.05 -0.81 左风 0 40.21 19.15 162.86 40.21 10.46 14.41 -38.97 162.86 -78.09 14.41 -0.99 组合值 0 -143.08 -21.33 -274.74 -103.48 -25.63 -399.44 -83.62 269.65 293.27 -38.78 -5.93 五、刚架设计

5.1 截面形式及尺寸初选

梁柱都采用焊接的工字型钢，梁截面高度h一般取（1/30—1/45）L，故取梁截面高度为800mm；暂取梁截面尺寸为H800x300x10x14，如下图所示，柱的截面采用与梁相同。

截面 柱 梁 截面名称 H800×300×10×14 H800×300×10×14 面积26IX 10mm4 WX 10mm43 IY 10mm 64WY 10mm 43iX mmiY mm（mm） 16120 16120 1681 1681 420 420 63 63 42 42 323 323 63 63 5.2构件验算： （1）构件宽厚比验算 (2) 平面内计算长度

平面外长度计算系数：

考虑压型钢板墙面与强梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的强梁可作为柱平面外的支撑点，但为了安全起见计算长度按两个强梁间距考虑，即H0Y11000/25500mm

（3）刚架柱的验算

A．柱有效截面特征 B.抗剪验算

柱截面的最大剪力是Vmax=25.63kN，考虑到仅有支座加劲肋，

sho/twfy375.342351.08，0.8s1.081.4，所以

fv'[10.64(s0.8)]fv0.8208，梁的抗剪承载力设计值

Vu0.8208hwtwfv0.8208772101801140.58kNVmax，满足要求。

弯剪压共同作用下的验算：

因为V0.5Vu，按公式MMeNMeNWe/Ae进行验算， 其中MeWef420104215106903kNm

C.整体稳定验算

构件的最大内力：N=143.08kN，M=274.74kN·m a.刚架柱平面内的整体稳定性验算

刚架柱高H=11000mm，柱的计算长度系数01.05。刚架柱的计算长度

xlox/ix39.2 <[]=150，b类截面，查表得x0.901。

N'Ex02EA220616120kN19389.5kN,mx1.0 21.121.139.2xmxMxW1x(1xN)'NEx01430800.901161201.0274.74106289.38N/mm2143.08420103(10.901)19389.52NxA f310N/mm，满足要求。

b.刚架柱作用平面外的整体稳定性验算 计算长度loy5500mm。

对等截面构件，0，sw1，y87.3，b类截面，查表得y=0.643。

=1.73>0.6

d．验算刚架在风荷载作用下的侧移

Icl/Ibh24000/110002.18 ， t 刚架柱顶等效水平力：H0.67(qw1qw3)h0.67(0.791.73)1118.57kN

IcIb（4）刚架梁的验算

A．梁有效截面特征 B.抗剪验算

梁截面的最大剪力是Vmax=83.62kN，考虑到仅有支座加劲肋，由于是等截面，同理得

Vu0.8208hwtwfv0.8208772101801140.58kNVmax，满足要求。

弯剪压共同作用下的验算：

因为V0.5Vu，按公式MMeNMeNWe/Ae进行验算， 其中MeWef420104215106903kNm

C.整体稳定验算

构件的最大内力：N=-83.62kN，M=-399.44kN·m a.刚架梁平面内的整体稳定性验算

梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度l0x=12060mm，

xlox/ix37.34

<[]=150，b类截面，查表得x0.908。

N'Ex02EA220616120kN21369.3kN,mx1.0 221.1x1.137.34mxMxW1x(1xN)'NEx0836200.908161201.0399.44106297.64N/mm283.62420103(10.908)21369.32NxA f310N/mm，满足要求。

b.刚架梁作用平面外的整体稳定性验算

计算长度loy5500mm。对等截面构件，0，sw1，y87.3，b类截面，查表得y=0.643。

=1.73>0.6

六、节点设计：

（1）梁柱连接节点设计

A.螺栓强度验算

梁柱节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接，如下图所示。构件截面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.50，每个高强螺栓的预拉力是355kN，连接处传递内力设计值：N=-83.62kN，V=269.65kN，M=399.44kN·m。

（300a） （b）

7080807014-M30刚架柱与刚架梁的连接节点 btN0.8P284kN螺栓抗拉承载力验算：14 150螺栓抗剪承载力验算： 21012208003103109060H800×300×10×14H800×300×10×14Nvb0.9nfP0.910.50355159.75kN>Nv最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算： B.端板厚度验算

83.625.97kN，满足要求。 14端板厚度取t20mm，按二边支撑端板外伸计算:

6607384.04103t13.71mm，满足要求。[ewb2ef(efew)]f[73300260(6073)]3106efewNt C.梁柱节点域的剪应力验算

D.螺栓处腹板强度验算

翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值：

取Nt2142kN

（2）梁梁连接节点设计

A.螺栓强度验算

梁梁连接节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接，如下图所示。构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.50，每个高强螺栓的预拉力是355kN，连接处传递内力设计值如下：

N=-38.78kN，V=-5.93kN，M=293.27kN·m

（a） 300（b） 螺栓抗拉承载力验算： 螺栓抗剪承载力验算： 12014最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算： B.端板厚度验算 1040800端板厚度取t20mm，按二边支撑端板外伸计算: 6efewNt C.梁柱节点域的剪应力验算 D.螺栓处腹板强度验算 150150翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值：

取Nt2142kN

（3）柱脚设计

6015012066073105.73103t15.39mm，满足要求。[ewb2ef(efew)]f[73300260(6073)]31014310310b Nv0.9nfP0.910.50355159.75kN>Nv38.783.88kN，满足要求。 1015060H800×300×10×14梁梁连接节点 7080807010-M30刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。基础采用C20混凝土，

fc=9.6N/mm2

.

a.柱脚内力设计值如下：N143.08kN，V21.33kN b. 柱脚底板尺寸确定

Bb2c3002(20~50)=340~400mm，取B=360mm。

底板反力为

qN/LB143.08103/8503600.47N/mm2cfc9.6N/mm2，满足要求。

刚架柱柱脚构造

c. 底板厚度确定

t6M/f69400/31013.5mm，按构造取t=20mm。

d. 抗剪连接计算：

由于柱脚铰接，柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底的水平剪力，此水平剪力可由柱脚与混凝土基础间的摩擦力来抵抗。

此时摩擦力Vfb0.4N0.4143.0857.23kNV21.33kN，满足要求。